摘要：現代大型建筑為了追求強烈的外形效果，追求標新立異。因鋼結構能滿足各種造型變化，故現代大型建筑結構多采用鋼結構形式，目前現代大型鋼結構工程規模日益擴大，結構日趨復雜。導致鋼結構加工制作及安裝難度不斷加大，要求鋼結構加工及施工技術不斷創新。下面就我公司承擔的上海中國航海博物館中央帆體鋼結構工程施工技術創新作一些探討。
　　關鍵詞：鋼結構；弧形彎管；模具；鑄鋼件；技術創新
　　
　　1 工程概況
　　中國航海博物館中央帆體工程位于上海臨港新城滴水湖西側，該建筑由德國JNP設計顧問公司與上海現代設計集團聯合設計，建筑彎曲風帆為鋼結構，總噸位約為3200多噸，帆體最高點標高為58米，每個曲面風帆的底部兩支點間間距約70米，兩張風帆的交叉點及立面最高點離地約40米，鋼結構為雙曲管桁架結構。工程如下圖1、2所示：
　　
　　圖1工程效果圖                                                                         圖2工程施工實圖
　　
　　2 中央帆體工程鋼結構彎管加工工藝技術創新
　　（1）中央帆體工程鋼結構為雙面彎曲的三鉸拱、邊緣桁架、主、次桁架組合成的空間結構。
　　（2）三鉸拱、邊緣桁架厚壁鋼管為不規則S形雙曲線并在中間部位帶有折拱，故桁架主弦桿鋼管的彎曲加工且需保證三維空間尺寸是本工程的一大難題。
　　2.1通常網殼鋼結構的鋼管管徑小、壁厚薄，弧形彎曲乃單向彎曲（單個平面內的弧形彎曲），用常規的液壓彎管機或高頻電加熱彎管機彎制就可以。中國航海博物館中央帆體管桁架：三鉸拱、邊緣桁架上下弦需彎曲的鋼管（規格：Φ530*22、Φ630*30、Φ400*22）管徑大、管壁厚、曲率半徑大，且都是雙向彎曲并部分鋼管在雙曲線的基礎上帶有折拱，彎管工藝必須技術創新，必須定制特殊工藝及工裝確保彎管的空間三維尺寸，以保證帆體安裝的外觀線型，我司針對本工程的鋼結構特點，技術人員反復研究探討，進行技術革新，采取重型壓機，制定特殊彎管模具，先用液壓彎管機先平面冷彎成形再用大型油壓機彎制另一平面曲線、最后用折彎模具配合加熱進行空間折彎。
　　2.2壓模的制作
　　首先根據每根弦管的曲率制作成型加工樣板（折彎模具采用鑄鋼澆注）。然后進行壓模的制作及機加工模具曲面。
　　2.3鋼管的彎制
　　在彎制鋼管時，配備預先制作的各種規格尺寸的專用彎曲鋼模，不但可在彎曲過程中嚴格控制彎曲半徑和鋼管壁厚減薄量，彎曲鋼模還可最大限度地減少鋼管彎曲時受力部位的變形，特別是針對本工程邊緣桁架（BHJ17Φ530*22）雙向彎曲并反折拱的主弦桿的彎制。
　　考慮到彎管的曲率、管徑，采用2000T油壓機和液壓彎管機配合使用進行彎管的加工制作。參見下圖3、4：
　　
　　圖3大型液壓彎管機冷折彎成形
　　
　　圖4
　　
　　2.4弧線控制
　　彎管時首先在直管上作好彎曲點的開擋尺寸標記，開檔尺寸控制在500mm左右，然后按以上彎曲點進行徐徐彎制，同時用加工成型樣板邊加工邊檢查，直至達到彎曲要求，加工過程中，鋼管的回彈率將由實驗確定，然后依此回彈率確定上圖中的R值。
　　對于主桁架上下弦桿的彎曲，由于其彎曲半徑大，在相當長的范圍內近似于直線，所以可采用油壓機直接進行壓制，根據鋼管的大小配置相應的上下壓模，同液壓彎管機彎管要求相同進行加工成型。
　　2.5鋼管彎曲成型后的測量檢查
　　鋼管彎曲成型后必須進行弧形彎曲加工精度檢測，其檢測方法為：利用彎曲成型胎架和圓弧樣板進行檢測，用圓弧樣板對彎曲半徑進行檢測，對超差處必須進行修正。
　　鋼管彎曲檢測內容 允許偏差
　　鋼管表面不平度 ≯2mm
　　鋼管彎曲后端面橢圓度 ≯3mm
　　鋼管與檢驗樣板間隙尺寸 ≯2mm
　　3邊桁架與三鉸拱相交處相貫線的三維切割技術創新
　　（1）本工程因帆體大彎曲球面造成邊桁架與三鉸拱相交處鋼管相貫線夾角很小為10度（一般小于30度角度的相貫線就很難切割）如下圖5所示：
　　
　　圖5邊桁架與三鉸拱相交處相貫線
　　（2）本公司采用計算機放樣技術，針對本工程這種極小相貫線夾角情況，對某些鋼管切割程序重新編程，在程序中加入切割時需要的各種補償余量。采用目前最先進的柒維相貫線切割機進行本工程鋼管的切割，如下圖6所示：
　　
　　圖6鋼管數控切割機
　　
　　4A、B支座、C節點超大不銹鋼關節球面軸承加工技術創新
　　本工程靠四個A、B支座及空中C節點形成支撐體系，支撐整個帆體結構包括屋面、幕墻重量，因此各個支點分擔的荷載很大，特別是四個A、B斜支座，每個支座分擔的斜向剪力荷載經計算達到8000噸之巨，故A、B支座零部件加工制作的質量及精度非常高，A、B支座由鋼支座、鑄鋼件及連接不銹鋼關節軸承組成，其中關節軸采用關節推力球面軸承為國內首創（以前國內建筑沒有采用此種軸承的），為補償因風載、熱脹冷縮引起的變化，關節軸承設計成內外球面接觸且內外球面間相互轉動角度不大于8度的結構形式，軸承材質為不銹鋼（4Cr13）,內外殼球面接觸面積需達到70％以上，對球面機加工及球面研磨是一個技術難點。且加工過程中又需采取特殊的熱處理工藝保證其力學性能。其加工公差應滿足設計圖紙的要求，軸承廠家經與設計院、同濟大學反復研究、試驗，技術創新不斷改進機加工工藝，最終達到設計和結構的要求。
　　5 鑄鋼件加工技術創新
　　本工程鑄鋼件共6件，鑄鋼件A重23.2t，鑄鋼件B重26.3t，鑄鋼件C重18.6t，如此大噸位、大面積、造型獨特的鑄鋼件的加工制作無先例可鑒，木模不好制作、澆注口位置難以設置。且鑄鋼節點內需加工安裝關節軸承的軸承座孔，要求鑄鋼件的硬度、精度及表面光潔度達到極高標準，鑄鋼件廠通過反復研究并與設計不斷商討、調整，最終制定了合理的鑄造工藝及機加工工藝，設計出特制的機加工工裝進行鏜孔、銑面，生產出了各項技術性能符合設計要求的鑄鋼件。為帆體鋼結構工程質量打下了良好的基礎。
　　6索網找形及張拉施工也是本工程的一大難題
　　本工程索網為拋物線雙曲形為國內罕見，為達到設計結構的受力要求，項目技術人員與設計、索網廠家一起反復研究討論進行技術攻關，確定合理方案：先制作了1：4的索模型，進行索力、變形值的驗證試驗和索網安裝張拉方案探索試驗，最終找出切實可行、較優的方案，再配合施工模擬計算，計算分析真實施工過程狀態，做到心中有底，確保整體結構在各種應力及風載作用下的穩定。
　　
　　7結束語
　　上海中國航海博物館中央帆體鋼結構工程造型新型、結構復雜，在國內建筑沒有可比性和借鑒性，許多結構節點及技術需進行技術創新反復研究試驗才能設計和制造出來，現作一簡單介紹供大家探討共勉。